SE525471C2

SE525471C2 - heating device

Info

Publication number: SE525471C2
Application number: SE0201712A
Authority: SE
Inventors: Ulf Thelander
Original assignee: Inline Hardening Sweden Ab
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2005-03-01
Also published as: US20050205562A1; AU2003242066A1; SE0201712L; EP1513960A1; SE0201712D0; WO2003104498A1

Abstract

Device for induction heating of ring-shaped objects, including a magnetizable core with one or several coils, which core has a moveable part that is displaceable, for insertion through the ring-shaped object that is to be heated. The object that is to be heated rests on rails or bars on which the object can slide electrically and thermally insulated. The device is inclined laterally so that the objects that are to be heated can slide in to and/or out from the heating position.

Description

525 471 2 uppskjutande bommar eller räls på vilka föremålet som skall värmas upp ligger. Urtag är an- tingen anordnade i rälsen för den motsatta rörliga centrala kärndelen alternativt är spår utfor- made i dennas nedåt vända kontaktyta med den undre polskon. 525 471 2 projecting booms or rails on which the object to be heated rests. Recesses are either arranged in the rails for the opposite movable central core part or alternatively grooves are formed in its downwardly facing contact surface with the lower pole shoe.

Genom ovanstående åtgärd erhålles inte endast en elektrisk isolering av föremålet som skall uppvärmas, vilket hindrar inducerad ström från att läcka, utan dessutom hindras värme från att ledas över till kärnan. Härigenom blir värmen likfonnig genom föremålet såväl på dess ovansida som undersida och risken för deformation respektive olikformig härdning elimi- neras. Genom minskandet av värmeförlusten minskas dessutom påkänningarna på kärnan lik- som effektförlusten till denna. För att ytterligare minska vänneförlusterna till käma och pol- skor kan dessas ytor som är vända mot föremålet som skall värmas upp vara blanka så att värrnestrålningen reflekteras.The above measure not only provides an electrical insulation of the object to be heated, which prevents induced current from leaking, but also prevents heat from being conducted over to the core. In this way, the heat becomes uniform through the object both on its upper side and underside, and the risk of deformation and non-uniform curing is eliminated. The reduction in heat loss also reduces the stresses on the core as well as the power loss to it. In order to further reduce the friend losses to cores and poles, their surfaces facing the object to be heated can be shiny so that the heat radiation is reflected.

Föremålen som skall värrnas upp värms upp styckvis ett och ett och vilar under upp- värmningen på det vänne- och elektriskt isolerande underlaget. Genom användandet av räls- eller bomliknande organ minskas dessutom kontaktytan och därigenom den möjliga vänne- överföringen.The objects to be heated are heated piece by piece one by one and rest during the heating on the heating and electrically insulating surface. The use of rail or boom-like members also reduces the contact area and thereby the possible transfer of friends.

Om så önskas kan även kärndelen som sträcker sig genom föremålet som skall värmas upp vara försedd med bommar eller ett ytskikt av elektrisk och termiskt isolerande material för att hindra kontakt mellan käman och det uppvärmda föremålet.If desired, the core part extending through the object to be heated can also be provided with booms or a surface layer of electrically and thermally insulating material to prevent contact between the core and the heated object.

För att säkerställa en skonsam hantering av föremålen som skall värmas upp anordnas i en vidareutveckling av uppfinningen kärnan respektive understödsytan för föremålet som skall värmas upp lutande. Härigenom kan föremålet som skall värmas upp när uppvärmningen skett till tillräcklig temperatur friges för att sedan under inverkan av sin egen tyngd glida iväg från uppvärmningsplatsen till fortsatta behandlingssteg. Lutningsvinkeln väljs så att föremålet som skall värmas av sin egen tyngd glider på bommama.In order to ensure a gentle handling of the objects to be heated, in a further development of the invention, the core and the support surface for the object to be heated are arranged inclined. In this way, the object to be heated when the heating has taken place to a sufficient temperature can be released and then, under the influence of its own weight, slide away from the heating site to further treatment steps. The angle of inclination is chosen so that the object to be heated by its own weight slides on the bars.

Ytterligare fördelar och kännetecken på fördelaktiga vidareutvecklingar av uppfinnings- tanken framgår av patentkraven samt av nedanstående beskrivning av ett föredraget utförings- exempel i anslutning till bifogade ritningar.Further advantages and features of advantageous further developments of the inventive concept appear from the claims and from the following description of a preferred embodiment in connection with the accompanying drawings.

På ritningarna visar E_ig_l schematiskt en anläggning i enlighet med uppfinningen sedd från sidan, fig 2 anläggningen i fig 1 sedd uppifrån, ﬁg 3 själva uppvärmningsanordningen sedd från sidan, fig 4 en detalj av uppvärrnningsanordningen och fig 5 ett tvärsnitt genom den undre polskon.In the drawings E_ig_1 schematically shows a plant in accordance with the invention seen from the side, Fig. 2 the plant in Fig. 1 seen from above, ﬁ g 3 the heating device itself seen from the side, Fig. 4 a detail of the heating device and Fig. 5 a cross section through the lower pole shoe.

Den på ritningama visade anläggningen för härdning av exempelvis kullager- och rul- lagerbanor innefattar en första uppvännningsmodul 1, en efterföljande luftkylningsmodul 2 P021 1 525 471 3 och därefter en anlöpningsmodul med efterföljande kylkar 4.The plant shown in the drawings for curing, for example, ball bearing and roller bearing webs comprises a first recovery module 1, a subsequent air cooling module 2 and then a tempering module with subsequent coolers 4.

Uppvärmningsmodulen 1 innefattar en i princip C-formig kärna som är lutad 20 grader.The heating module 1 comprises a basically C-shaped core which is inclined 20 degrees.

Den undre delen i kärnans öppning är försedd med en utbytbar polsko 6 som i princip har formen av en platta. I plattan är spår 7 urfrästa och i dessa är bommar 8 av aluminiumoxid upptagna som sträcker sig ett par millimeter över polskons yta. I den motsatta delen av kär- nan 5 bildas en övre polsko av en central cylindrisk övre förskjutbar kärndel 9 så anordnad att den kan förskjutas ner till kontakt med den undre polskon 6 respektive lyftas upp från denna ett tillräckligt stycke för att låta de lagerringar som skall härdas passera mellan polskorna. Denna förflyttning av den förskjutbara kämdelen 9 sker med hjälp av en motor anordnad i kämans överände och dessutom är en låsanordning anordnad för att fixera den rörliga cylindriska polskodelen mot kärnan när uppvärmning sker, för att sluta magnetfältet och minska vibrationsrisken. På kärnan är vidare anordnat två spolar 10, 11. Det lutade undre polskoplanet är förlängt med ett sluttande plan som består av rostfria stänger 12 sträckande sig i förﬂyttningsriktningen för de uppvärmda lagerringarna ned till en bandtransportör 14.The lower part of the opening of the core is provided with a replaceable pole shoe 6 which in principle has the shape of a plate. In the plate, grooves 7 are milled out and in these, barriers 8 of alumina are accommodated which extend a few millimeters above the surface of the pole shoe. In the opposite part of the core 5 an upper pole shoe is formed by a central cylindrical upper displaceable core part 9 arranged so that it can be displaced down into contact with the lower pole shoe 6 and lifted up from it a sufficient distance to allow the bearing rings to be hardened pass between the pole shoes. This movement of the displaceable core part 9 takes place by means of a motor arranged at the upper end of the core and in addition a locking device is arranged to fix the movable cylindrical pole piece part towards the core when heating takes place, to close the magnetic field and reduce the risk of vibration. Further arranged on the core are two coils 10, 11. The inclined lower pole plane is extended with a sloping plane consisting of stainless steel rods 12 extending in the direction of movement of the heated bearing rings down to a belt conveyor 14.

Bandtransportörens transporterande yta 15 bildas av rostfria spiraler, vilka samtidigt som en tillfredsställande uppbärande yta åstadkommes ger minimal vänneöverföring och tryckpåverkan. Transportören 14 sträcker sig närmast uppvärmningsmodulen genom en vär- mefälla bestående av en transportören omgivande vattenkyld mantel 16 som är svartmâlad eller överdragen med annat lämpligt värmeabsorption befrämjande material. Härefter går tran- sportören genom en luftkylsavdelning, d v s en avdelning där luft blåses igenom också i syfte att kyla det uppvärmda godset. De luft- och vattenkylda avsnitten kan även om så önskas vara anordnade omlott d v s man kan ha luftkanaler genom den vattenkylda manteln. Genom att transportören utgörs av rostfria spiraler möjliggöres även en god lufttransport rakt igenom demla och lagerringarna som skall kylas. Luften recirkuleras i luftkylsavdelningen och tillförs uppifrån via sk irisventiler 17 som oavsett graden av strypning ger långtgående samma form för ﬂödet. Luften kyls med ett vattenkyld kylare 22.The conveying surface 15 of the belt conveyor is formed by stainless steel spirals, which at the same time as a satisfactory supporting surface is provided provide minimal friend transfer and pressure effect. The conveyor 14 extends closest to the heating module through a heat trap consisting of a water-cooled jacket 16 surrounding a conveyor which is painted black or coated with other suitable heat absorption promoting material. After this, the conveyor goes through an air cooling compartment, ie a compartment where air is blown through also for the purpose of cooling the heated goods. The air- and water-cooled sections can also, if desired, be arranged wrapped, i.e. one can have air ducts through the water-cooled jacket. Because the conveyor consists of stainless steel spirals, it is also possible for good air transport straight through the dam and the bearing rings to be cooled. The air is recirculated in the air cooling compartment and supplied from above via so-called iris valves 17 which, regardless of the degree of throttling, give much the same shape to the ﬂ. The air is cooled with a water-cooled cooler 22.

Efter luftkylsavdelningen 2 följer en kontrollstation 18 där en värmekamera avläser lagerringarnas temperatur. Om temperaturen är för låg indikerar detta att uppvärmningen misslyckats och att ringen ej härdats och ringen knuffas av från bandet i sidled. Skulle tre ringar i rad vara för kalla stoppas tillförseln av ringar till uppvärmningsanordningen för kon- troll och eventuellt åtgärdande. Man kan förfara på motsvarande sätt med för Vanna ringar.After the air cooling compartment 2 follows a control station 18 where a thermal camera reads the temperature of the bearing rings. If the temperature is too low, this indicates that the heating has failed and that the ring has not hardened and the ring is pushed off from the belt laterally. Should three rings in a row be too cold, the supply of rings to the heating device for control and possible remediation is stopped. You can proceed in a similar way for Vanna rings.

Bandtransportören 14 avlägger slutligen de lufthärdade ringarna som härvid har en tem- peratur på 75 till 100 °C i ett vattenfyllt kar 19 för slutgiltig avkylning till rumstemperatur P0211 525 471 4 eller därunder för fullståndigande av uthärdningen. Genom att temperaturen före vattenbadet är så pass låg riskerar man inte att ringarna spricker eller krackeleras. Från detta kar 19 tran- sporteras ringarna upp med en bandtransportör 20 och tillförs en värrneanordning 3 för an- löpsvärrnning som till sin principiella uppbyggnad överensstämmer med den första uppvärm- ningsanordningen och från denna uppvännningsanordning släpps lagerringarna efter avsedd uppvärmning ånyo ned i ett vattenfyllt kar 4 för avkylning, varifrån de sedan transporteras i väg för fortsatt bearbetning, dvs framför allt slipning.The belt conveyor 14 finally places the air-cured rings, which in this case have a temperature of 75 to 100 ° C, in a water-filled vessel 19 for final cooling to room temperature or below for completion of the curing. Because the temperature before the water bath is so low, there is no risk of the rings cracking or crackling. From this vessel 19 the rings are transported up with a belt conveyor 20 and a protection device 3 for inlet protection is supplied which in principle corresponds to the first heating device and from this rewinding device the bearing rings are again lowered into a water-filled vessel 4 after intended heating. for cooling, from where they are then transported on their way for further processing, ie above all grinding.

Den ovan beskrivna uppvärmningsanordningen fungerar på så sätt att när uppvärmning skall ske dras den övre cirkulära polskon 9 upp och en lagerring placeras med hjälp av en robot på den undra polskon 6 liggande på dennas bommar 8 av aluminiumoxid. Lagerringen glider efter det att roboten släppt den ner mot två snedställda stänger 21 av rostfritt stål som sträcker sig in från var sin sida. Dessa stänger är elektriskt isolerade från omgivningen men anslutna till en separat strömkälla så att så fort som en lagerring ligger i kontakt med de bäg- ge sneda stängema så uppstår elektrisk kontakt och en ström ﬂyter genom stängerna och ring- en vilket utnyttjas som en indikation på att ringen är på plats.The heating device described above works in such a way that when heating is to take place, the upper circular pole shoe 9 is pulled up and a bearing ring is placed by means of a robot on the lower pole shoe 6 lying on its barriers 8 of alumina. After the robot has released it, the bearing ring slides down against two inclined stainless steel bars 21 extending in from each side. These rods are electrically isolated from the environment but connected to a separate power source so that as soon as a bearing ring is in contact with the two oblique rods, electrical contact occurs and a current flows through the rods and the ring which is used as an indication of that the ring is in place.

När lagerringen ligger på rätt plats skjuts den övre cirkulära polskon 9 sedan ner genom ringen till kontakt med den undre polskon 6. Bommarna 8 är utelämnade i kontaktytan på den undre polskon. Den övre polskon låses sedan fast mot moderkärnan och ström tillförs till spolarna 10, 11 inducerande en kraftig ström i lagerringen som på några få sekunder kommer upp i det erforderliga härdningsintervallet för temperaturen. Härvid utvidgar sig lagerringen och ger en liten rörelse i förhållande till de rostfria stängerna 21, vilken rörelse dessutom ger en liten nötning säkerställande elektrisk kontakt. Om så önskas kan man även tänka sig att låta en vibrator vibrera stängema litet lätt för att öka nötningen och därigenom förbättra den elektriska kontakten. Dessutom kan vibrationen underlätta en eventuell erforderlig sidledsrö- relse vid ocentrerad inläggning av lagerringama.When the bearing ring is in the right place, the upper circular pole shoe 9 is then pushed down through the ring into contact with the lower pole shoe 6. The booms 8 are omitted in the contact surface of the lower pole shoe. The upper pole piece is then locked to the mother core and current is supplied to the coils 10, 11 inducing a strong current in the bearing ring which in a few seconds reaches the required curing interval for the temperature. In this case, the bearing ring expands and gives a small movement in relation to the stainless steel rods 21, which movement also gives a small wear ensuring electrical contact. If desired, it is also conceivable to let a vibrator vibrate the rods a little lightly to increase the abrasion and thereby improve the electrical contact. In addition, the vibration can facilitate any required lateral movement during uncentrated loading of the bearing rings.

Temperaturen för lagerringarna övervakas med hjälp av värmekamera för eventuell an- passning av strömstyrka och anslutningstid för strömmen genom spolen.The temperature of the bearing rings is monitored by means of a thermal imager for any adjustment of current and connection time for the current through the coil.

När önskad temperaturnivå ett stycke över den undre gränsen för härdning har uppnåtts bryts strömmen till spolen, den övre polskon frigörs och lyfts upp av sin tillhörande motor.When the desired temperature level a little above the lower limit for curing has been reached, the current to the coil is interrupted, the upper pole shoe is released and lifted by its associated motor.

Därefter frigörs den uppvärmda lagerringen genom att de snedställda rostfria stängerna dras isär i sidled och lagerringen glider på aluminiumoxidbommarna ner till transportören.Then the heated bearing ring is released by pulling the inclined stainless steel rods sideways and the bearing ring slides on the alumina booms down to the conveyor.

Genom att styra sidledsrörelsema för de två rostfria stängerna 21 kan ringarnas spridas något över transportbandets bredd så att ringarna harrmar längre från varandra och därigenom PO211 525 471 minskar risken för ömsesidig värmepåverkan, som eljest vid för tätt placerade ringar kan ge ett olikfonnigt avkylningsförlopp med långsammare avkylning av de partier av ringarna som ligger nära varandra.By controlling the lateral movements of the two stainless steel rods 21, the rings can be spread slightly over the width of the conveyor belt so that the rings resemble further from each other and thereby reduce the risk of mutual heat exposure, which otherwise with too closely placed rings can give a different cooling. of the portions of the rings that are close together.

Efter lagerringamas mjuka landning på transportören 14 kommer dessa in i området för den vattenkylda manteln 16. Den kraftiga strålningsvärmen från lagerringarna absorberas av manteln och vänner upp dennas kylvatten och en minskad del av den värme som strålar ut mot manteln reﬂekteras tillbaka mot ringarna som därigenom kan avge vänne i ungefär samma takt som om de skulle befinna sig alldeles fritt utan reﬂekterande omgivning.After the soft landings of the bearing rings on the conveyor 14, they enter the area of the water-cooled jacket 16. The strong radiant heat from the bearing rings is absorbed by the jacket and friends its cooling water and a reduced part of the heat radiating towards the jacket is reflected back to the rings. make friends at about the same rate as if they were completely free without a reflective environment.

Kylrnanteln gör det således möjligt att åstadkomma en effektiv kylning på ett litet utrymme. Även den efterföljande luftkylningen är effektiv genom att luften vattenkyls i en kylare 22, exempelvis med samma cirkulerande vatten som används i den vattenkylda manteln. Genom en snabb luftväxling fås även i denna del en snabb, effektiv och likformig ytterligare kylning. Även i det efterföljande karet för Vattenkylning av lagerringama kan samma kylvatten användas och detta kan även användas efter anlöpningen om så skulle önskas. Kylvattnet cir- kuleras efter användningen till en ej visad kylanordning där temperaturen sänks, varefter kyl- vattnet återanvändes.The cooling jacket thus makes it possible to achieve efficient cooling in a small space. The subsequent air cooling is also effective in that the air is water cooled in a cooler 22, for example with the same circulating water as is used in the water-cooled jacket. Through a rapid air exchange, a rapid, efficient and uniform additional cooling is also obtained in this part. The same cooling water can also be used in the subsequent tank for water cooling of the bearing rings and this can also be used after tempering if desired. After use, the cooling water is circulated to a cooling device (not shown) where the temperature is lowered, after which the cooling water is reused.

Den vattenkylda manteln 16 är placerad närmast uppvännningsanordningen 1 eftersom den medelst strålning avgivbara vännen är som störst när ringama är som vannast.The water-cooled jacket 16 is located closest to the winding device 1 because the radiation-emitting friend is greatest when the rings are at their most common.

För att underlätta för ringarna att glida ner från sin plats vid uppvärmningen ner mot transportören kan ett tryckluftsmunstycke eller två vara anordnat på ovansidan om dessa så att en tryckluftsstöt kan hjälpa till att starta ringarna. Härigenom kan lutningsvinkeln för kår- nan respektive planet pâ vilket ringarna glider minskas, därigenom minskande risken för att exempelvis lite högre ringar faller omkull på transportören.To make it easier for the rings to slide down from their place when heated down towards the conveyor, a compressed air nozzle or two can be arranged on top of these so that a compressed air shock can help to start the rings. In this way, the angle of inclination of the core or the plane on which the rings slide can be reduced, thereby reducing the risk of, for example, slightly higher rings falling over on the conveyor.

För anpassningen till lagerringar med olika höjd respektive diameter kan polskoma (platta och cirkulär del) vid behov lätt bytas ut, vilket ytterligare underlättas genom att upp- vämmingen av polskoma blir mycket ringa. I jämförelse med kända härdningsförfaranden kan således härdningen i enlighet med uppfinningen på ett helt amiat sätt stoppas in i en tillverk- ningslinje varvid även snabba byten mellan olika dimensioner är möjliga.For adaptation to bearing rings with different heights and diameters, the pole shoes (flat and circular part) can be easily replaced if necessary, which is further facilitated by the fact that the heating of the pole shoes becomes very small. In comparison with known curing methods, the curing in accordance with the invention can thus be stuffed into a production line in a completely amiatic manner, whereby rapid changes between different dimensions are also possible.

Med fördel övervakas uppvärmningen i uppvärmningsstationerna med värmekameror.Advantageously, the heating in the heating stations is monitored with thermal imaging cameras.

Uppfinningen möjliggör således snabb och rationell härdningshantering, i synnerhet av det nya lufthärdande stålet eftersom detta inte behöver hållas vannt under lång tid utan om- struktureras snabbt när väl det rätta temperaturintervallet uppnåtts, vilket temperaturintervall dessutom är förhållandevis brett. Genom att uppvärmningen kan ske likfonnigt utan skadlig PO2l1 525 471 6 kylande inverkan på exempelvis ringarnas botten erhålles i dessa även en god likforrnighet såväl i respektive ring som från ring till ring. Eftersom det ifrågavarande stålet sväller något vid härdningen skulle en eventuell lägre temperatur på undersidan leda till en lätt konicitet.The invention thus enables fast and rational hardening handling, in particular of the new air-hardening steel, since this does not have to be kept water for a long time but is restructured quickly once the correct temperature range has been reached, which temperature range is also relatively wide. Because the heating can take place uniformly without a detrimental cooling effect on, for example, the bottom of the rings, a good uniformity is also obtained in them both in the respective ring and from ring to ring. Since the steel in question swells slightly during hardening, any lower temperature on the underside would lead to a slight conicity.

Genom att denna undvikes kan mycket god precision och symmetri erhållas för färdiga lager- ringar vilket i sin tur innebär att mängden av efterföljande slipningsarbete eller snarare den mängd gods som behöver slipas bort kan minskas, förbättrande ekonomin i framställandet.By avoiding this, very good precision and symmetry can be obtained for finished bearings, which in turn means that the amount of subsequent sanding work or rather the amount of goods that need to be sanded away can be reduced, improving the economy in production.

Genom att uppvärmningen sker elektriskt och kylningen med återcirkulerande vatten respektive återcirkulerande luft som i sin tur kyls av vattnet kan en mycket miljövänlig an- läggning åstadkommas som inte avger några föroreningar till omgivningen. Genom att anlägg- ningen är så "ren" kan den placeras direkt i anslutning till övriga bearbetningsmaskiner utan olägenhet för dessa. Genom att anläggningen utan olägenhet kan byggas in respektive omslu- tas av paneler blir den dessutom mycket tyst.By heating electrically and cooling with recirculating water and recirculating air, which in turn is cooled by the water, a very environmentally friendly system can be achieved that does not emit any pollutants to the surroundings. Because the plant is so "clean", it can be placed directly adjacent to other processing machines without inconvenience to them. Because the plant can be built in or enclosed by panels without inconvenience, it also becomes very quiet.

P02l1P02l1

Claims

10 15 20 25 30 A525 471 7 PATENT REQUIREMENTS

An apparatus for induction heating of annular objects, which comprises a magnetizable core with one or more coils, said core having an upper movable core part (9) which is displaceable, for insertion through the annular object to be heated, the object to be heated rests on an insulating device, characterized in that the insulating device is both electrically and thermally insulating and consists of rails or bars (8) on which the object to be heated can slide.

Device according to claim 1, characterized in that the booms have recesses or are left where the upper movable core part, which upon heating extends through the object to be heated, can be brought into contact with an underlying pole shoe (6).

Device according to claim 1, characterized in that recesses are arranged in the upper movable core part so that it can grip over the slide rails and come into contact with the lower pole shoe.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is inclined laterally so that the objects to be heated can slide in and / or out of the heating position.

Device according to Claim 4, characterized in that the object to be heated is held in place by two angled rods (21).

Device according to claim 5, characterized in that the two angled rods are isolated from the surroundings but in common contact with an electrical sensing device which can sense when the objects to be heated provide electrical contact between the two angled rods (21).

Device according to claim 6, characterized in that the rods are made of stainless steel and are caused to vibrate easily.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heated objects are fed through a space surrounded by a water-cooled jacket (16) after dissipation after heating.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a compressed air nozzle is arranged for blowing air towards the heated object when it is to be moved from the heating point. PO2l1